蟲害誘導(dǎo)的水稻胰蛋白酶抑制劑合成的相關(guān)機(jī)理研究.pdf

1、植物蛋白酶抑制劑是一類重要的防御化合物，能被害蟲取食所誘導(dǎo)，并且其合成與害蟲所激活的信號(hào)分子有關(guān)。在水稻上，已有研究表明，稻縱卷葉螟取食能誘導(dǎo)水稻胰蛋白酶抑制劑的合成，并且不同取食習(xí)性的水稻害蟲(二化螟、稻縱卷葉螟和褐飛虱)所激活的水稻信號(hào)分子存在明顯差異。但至今尚不清楚不同取食習(xí)性水稻害蟲在取食誘導(dǎo)水稻蛋白酶抑制劑合成中的異同，以及各類信號(hào)分子在其中的作用。 為此，本文以4種取食習(xí)性不同的水稻害蟲，即蛀食莖桿的二化螟、取食葉片

2、的稻縱卷葉螟和刺吸韌皮部汁液的稻飛虱(褐飛虱和白背飛虱)為研究對(duì)象，在過(guò)去研究工作的基礎(chǔ)上，主要對(duì)這4種害蟲取食為害誘導(dǎo)水稻胰蛋白酶抑制劑含量的時(shí)序變化進(jìn)行了比較研究，同時(shí)分析了稻縱卷葉螟取食為害后，水稻不同部位胰蛋白酶抑制劑以及與防御相關(guān)的3種重要信號(hào)分子茉莉酸、水楊酸和乙烯含量的時(shí)序變化，并通過(guò)外用信號(hào)分子處理和反向遺傳學(xué)方法解析了水楊酸和乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在稻縱卷葉螟取食誘導(dǎo)水稻胰蛋白酶抑制劑合成中的作用。結(jié)果如下： 1)健

3、康水稻莖中的胰蛋白酶抑制劑含量高于健康葉片，并且受晝夜節(jié)律的影響較為明顯；在黑暗條件下，水稻莖中胰蛋白酶抑制劑的含量明顯增加。除黃熟期外，稻縱卷葉螟為害能顯著增加水稻分蘗期、孕穗期和揚(yáng)花期葉片中胰蛋白酶抑制劑的含量，但在莖中，這4個(gè)生育期的胰蛋白酶抑制劑含量都不增加，相反在孕穗期、揚(yáng)花期和黃熟期顯著低于健康水稻莖中的含量。 2)比較了水稻分蘗期在受4種害蟲取食為害后胰蛋白酶抑制劑含量的變化。結(jié)果表明，除了取食葉片的稻縱卷葉螟只能

4、誘導(dǎo)葉中胰蛋白酶抑制劑含量顯著上升外，其余3種為害葉鞘或莖稈的害蟲，均能誘導(dǎo)水稻葉及莖內(nèi)胰蛋白酶抑制劑含量的顯著增加。說(shuō)明害蟲取食誘導(dǎo)的水稻胰蛋白酶抑制劑含量的上升具有一定的系統(tǒng)性，并且這種系統(tǒng)信號(hào)更易由下往上傳遞。此外，也發(fā)現(xiàn)在同為為害葉鞘或莖稈的害蟲中，以咀嚼式口器的二化螟所誘導(dǎo)的胰蛋白酶抑制劑含量上升最為明顯，而刺吸式口器的稻飛虱則誘導(dǎo)效果較弱。 3)測(cè)定了稻縱卷葉螟取食為害后分蘗期水稻不同部位胰蛋白酶抑制劑及茉莉酸、水楊

5、酸和乙烯這3種與防御相關(guān)的重要信號(hào)分子含量的變化。結(jié)果表明，稻縱卷葉螟取食為害除了能導(dǎo)致為害葉胰蛋白酶抑制劑含量的明顯上升外，還能引起為害葉上位葉以及下位葉含量的上升，但下位葉含量的上升要遲于上位葉的；同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)稻縱卷葉螟取食為害，不引起水稻莖稈和根中胰蛋白酶抑制劑含量的上升，進(jìn)一步論證了損傷信號(hào)主要由下往上傳送的可能結(jié)果。稻縱卷葉螟取食為害不能激活水稻體內(nèi)的茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，但是可以激活水楊酸和乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。以一定濃度的水楊酸

6、和乙烯利分別處理水稻，能誘導(dǎo)水稻體內(nèi)胰蛋白酶抑制劑含量的增加，但是使用水楊酸和乙烯利聯(lián)合處理并沒有明顯的協(xié)同增效作用。 4)克隆了水稻ACS基因的全長(zhǎng)序列，并利用其部分序列構(gòu)建了反義表達(dá)載體，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，獲得了反義抑制ACS基因的T1水稻品系。分析表明，反義抑制ACS水稻品系在受稻縱卷葉螟取食為害時(shí)，乙烯釋放量顯著低于相同處理的對(duì)照品種秀水11，但胰蛋白酶抑制劑含量在反義抑制ACS品系與對(duì)照品種間沒有明顯差異。說(shuō)明ACS在